煤矿采掘工作面塌陷的防范探讨

　　土地与煤炭在工业和农业发展中是同样重要的有限资源，是长期制约我国经济发展的重要因素，但采煤采掘工作面会导致地面塌陷，形成采空区。采空区塌陷的机理是比较是复杂的，本文就采空区的塌陷机理及发展因素做一探讨。

　　1 煤矿采掘工作面塌陷的机制与对环境的影响

　　1.1 煤矿采掘工作面塌陷的机制 当煤层采掘工作面采空以后，采空区上部的覆岩，及采空形成的煤柱边邦，均形成自由面。原来的应力平衡被破坏，在上覆岩土层重力作用下，覆岩承受的压力随着采空区范围的扩大而增加，当这种压力超过煤层顶板岩石的承载力以后，顶板岩石就要破裂塌落形成冒落带。冒落的岩块大小不一，杂乱无章地充填到采空区。冒落的岩块突出的与上部岩层相接触，但支撑力已不足以托住上部的岩层，于是上部岩层下沉，向下弯曲，并且破裂，产生裂隙，即形成裂隙带。裂隙带岩层上部的岩层，由于裂隙带的岩层向下弯曲，在自身重力及上覆岩层的重压下，发生整体向下弯曲，但既不破裂，也不脱落，故称为弯曲带。在弯曲带影响下地面上造成塌陷，形成塌陷盆地、塌陷坑。

　　1.2 煤矿采掘工作面塌陷对环境的影响　①煤矿机械化开采造成地表大面积塌陷，塌陷破坏了土地资源，使塌陷区域内生态环境趋向恶化。②耕地面积逐年减少，人地矛盾加剧。煤矿开采造成地表下沉、塌陷，致使农田水利设施部分或完全破坏，河沟不畅，汛期水涝灾害严重，农作物减产，甚至绝收，地面诸多良田成为常年积水的坑塘。再加上人口增长，工程建设占地等原因，加重了塌陷区失去耕地农民群众的生产、生活困难。③人居环境影响严重。受采煤塌陷影响，塌陷区内的群众住房开裂、歪斜，出现大面积危房，居民的人身安全受到严重威胁。④制约地区城乡镇的发展建设，加重地矿两方的资金及人力、材料的投入。因采煤造成地表下沉，塌陷，致使许多道路受到破坏。城镇建设因解决工程稳固问题而不得不加大建设费用，工程建设稳固的人力、物力资源增加，加重了地方的财政负担；同时因采煤塌陷造成的道路破坏，煤矿企业每年因此需投入不小的资金。针对上述问题，地方政府和矿方携手并进，励精图治，全面综合规划，在恢复生态环境、增加有效耕地面积、改善农业设施条件、改善矿区群众生产生活方面做了一些有益的尝试。

　　2 防范煤矿采掘工作面塌陷的措施

　　2.1 建立专项防范资金　煤矿采掘工作面塌陷治理是一项耗资巨大的工程。在积极争取煤炭可持续发展基金的同时，地方财力、城建资金和政策性收入仍是投资的主渠道，应广辟渠道，多方筹资，集中用于采煤塌陷地治理。一要积极争取国家以及省、市政府的资金支持，按照国家有关煤炭可持续发展基金3个投向的原则，积极争取，统筹安排、集中配置、合理使用，采用投资补助、转贷、贷款贴息等方式给予投资扶持，重点落实地方煤矿的采煤塌陷地治理；二要收取土地复垦费。依据“谁破坏、谁治理”的原则，将采空区治理纳入煤炭生产成本，向造成塌陷危害的煤炭企业收取一定比例的土地复垦费，并将耕地开垦费、耕地占用费、新增建设用地有偿使用费捆绑起来使用。三要激活民间资金。依据“谁治理、谁受益”的原则，充分发挥社会力量，广泛吸收社会闲散资金，采取承包责任制、拍卖、租赁等形式，实行有偿使用土地、有偿治理，投入采煤塌陷地治理建设。

　　2.2 提高防范技术保障 煤矿采掘工作面治理是一个复杂的生态工程和社会工程，既涉及地下地质变化，又涉及地上田、林、路、水、气等因素。因此，必须提高科技含量，依靠先进的科学技术进行科学治理。一要进行科学规划，既要处理好近期规划与长远规划，局部治理与总体布局的关系，也要考虑塌陷区的自然资源和社会发展的实际需要。二要因地制宜。针对不同类型的塌陷地采取不同的治理方法，宜农则农、宜林则林、宜渔则渔、宜建则建。在塌陷不深或积水不多的地方可以平整土地，改善耕作条件。恢复地貌；在面积大、积水深的塌陷区，可以发展水产养殖、旅游休闲等产业。通过治理，变废地为宝地，收到综合治理的效果。三要坚持预防为主，标本兼治的原则。要采用先进的检测手段，加强对采空区进行监测，采取有效办法填充采空区，最大限度地减少采空区塌陷面积，以达到标本兼治的目的。

　　2.3 消除采掘边界的影响 地下采掘影响地面最严重的地方是地面下沉盆地的边缘,它位于采掘边界两侧的上方。所以在建筑物下布置回采工作面时，垂直走向的工作面应有足够的长度，使地表出现充分采动，从而使建筑物位于移动盆地的平底部分。此外，当回采工作面通过建筑物下部时，应尽量加快回采速度，不能停采，尤其不得留残柱。地表移动规律表明，地表永久性的不均匀下沉和变形都集中在地表下沉盆地的边缘区。井下每出现一个永久性开采边界，地表就出现一个变形值较大的区域。为了最大限度减少开采对受护建筑物的有害影响，要求必须实现全柱开采：就是在整个井田煤层范围内，有限制地进行大面积全面开采，以避免在煤层范围内形成永久性开采边界和各煤层变形值的累加，以最大限度地减少对受护建筑物的有害影响。因此必须实现长工作面开采和一层一层的分层采掘。

　　2.4 加强生态修复工作 这主要是指对已经受到污染的区域进行治污的技术处理，这同样也是采掘塌陷区生态恢复的重要前提。矿山开发主要是对矿区的大气、水体造成污染以及对土地造成严重破坏，因此，大气、水体、土地的修复治理乃是矿区生态环境修复(治理)的主要任务。关于这方面的传统技术措施，国内外的相关研究已经非常丰富。在这里重点介绍一下新兴的“植物修复技术”，这是目前为止最经济、最生态同时也是非常高效的一种生态修复技术。所谓植物修复技术，是利用绿色植物以及根际微生物体系吸收、挥发和转化、降解的作用机制来清除环境中的污染物质的一项新兴的污染治理技术。根据修复植物某一方面的修复功能和修复特点可将植物修复技术的种类概括为植物吸取修复法；植物挥发修复法；植物稳定修复法；植物降解修复法和根际生物降解修复法。

　　2.5 积极使用充填注浆施工工艺 采空区充填注浆技术是利用注浆泵为动力源，把具有充填胶结性能的浆液，通过注浆管路和止浆系统注入采空区内，以达到充填采空区，控制上覆岩层移动和地表变形的目的。采空区充填注浆按照适用条件可分为全充填注浆和半充填注浆。全充填注浆是对上覆岩层稳定性要求较高或岩层本身强度较低的情况下，采用合适的、成本较低的注浆材料，使处理的采空区和上覆岩层的裂隙得到充分充填；半充填注浆是在确定处理的采空区范围内，进行局部的有效充填，且同时达到控制上覆岩层移动和地表变形的目的。